碳弧燈老化：詳細標準與技術要求全解析
在材料研究與產品質量把控領域，碳弧燈老化測試作為評估材料耐候性的重要手段，備受關注。隨著各行業(yè)對材料耐久性要求的提升，明晰其詳細標準與技術要求至關重要。
一、碳弧燈老化測試基礎認知
碳弧燈老化測試通過模擬自然陽光中的紫外線、可見光及部分紅外線輻射，結合溫度、濕度、噴淋等環(huán)境因素，加速材料在長期光照和復雜氣候下的老化進程，從而預測其實際使用壽命與性能變化。該測試主要設備包含碳弧燈光源、溫濕度控制系統(tǒng)、噴淋裝置、樣品支架等。其中，碳弧燈光源又分封閉式與開放式。封閉式碳棒電弧封閉在玻璃球中，光譜能量分布與自然光有較大差異，早期多用于紡織品耐光性測試；開放式則具有不同的光譜特性與適用場景 。
二、核心技術要求
（一）光譜范圍
光譜范圍直接影響測試效果。一般來說，測試需覆蓋 280 - 700nm 波段，此范圍含短波紫外線，相比氙燈等光源更為嚴苛。例如在評估塑料材料因短波紫外線引發(fā)的脆化現(xiàn)象時，該光譜范圍能有效加速老化過程，凸顯材料問題 。
（二）輻照強度
輻照強度是控制老化速率的關鍵參數(shù)。通常要求在 340nm 波長處，輻照強度維持在 0.35W/m2 ，且允許 ±5% 的偏差。如在汽車外飾件的碳弧燈老化測試中，精準的輻照強度能模擬其在戶外真實環(huán)境下受陽光照射的強度，保證測試結果與實際使用情況的相關性 。
（三）溫濕度條件
溫度：以黑板溫度作為關鍵參考，?？刂圃?63℃±3℃ 。黑板溫度模擬材料表面因吸收光輻射而產生的溫度，該溫度下材料熱降解與光氧化反應協(xié)同作用，加速老化。在建筑涂料的碳弧燈老化測試中，穩(wěn)定的黑板溫度可確保測試結果能準確反映涂料在戶外高溫環(huán)境下的耐候性能 。
濕度：相對濕度一般控制在 50%±5%。合適的濕度環(huán)境能模擬潮濕氣候條件，加速材料的水解、霉變等老化反應。比如在對戶外紡織品進行碳弧燈老化測試時，恰當?shù)臐穸瓤刂朴兄谠u估其在雨天或高濕度環(huán)境下的耐久性 。
（四）噴淋周期
噴淋模擬自然降雨，沖刷材料表面老化產物，加速進一步老化。常見噴淋周期為每 120 分鐘光照后，進行 18 分鐘噴淋。例如在戶外塑料制品的碳弧燈老化測試中，合理的噴淋周期可模擬其在實際使用中經受雨水沖刷的場景，更全面地評估材料性能 。
三、國際國內標準解讀
（一）國際標準
ASTM 標準
ASTM G152 - 2022《非金屬材料碳弧燈老化測試》：提供了碳弧燈測試詳細的設備要求，如對碳弧燈的類型、濾光器規(guī)格等作出規(guī)定；明確了參數(shù)設置，包括輻照強度、溫度、濕度等關鍵數(shù)值；還給出數(shù)據(jù)解讀指南，指導如何分析測試結果以評估材料耐候性 。
ASTM D5031 - 2023《封閉式碳弧燈涂料加速老化測試》：針對涂料及相關涂層耐候性測試，規(guī)定使用封閉式碳弧燈設備。更新內容涵蓋光源類型需符合 G153 規(guī)范，黑標溫度控制在 63±2.5°C（連續(xù)光照階段），相對濕度 50±10%（非噴淋階段），詳細規(guī)定 6 種測試循環(huán)，如 Cycle No.1 為 102 分鐘純光照（63°C 黑標溫度），隨后 18 分鐘光照 + 噴淋（38°C），且噴淋水壓保持 0.12 - 0.14MPa 。
ISO 標準： **ISO 4892 - 4：2004《塑料實驗室光源曝露試驗方法》** 與我國 GB/T 16422.4 接軌，規(guī)定開放式碳弧燈的輻照強度、溫度及濕度條件，適用于塑料材料在開放式碳弧燈下的老化測試條件、參數(shù)及評估方法 。
JIS 標準： **JIS D 0205：1987《汽車零部件耐候性測試》** 適用于日本汽車行業(yè)，要求樣品在陽光型碳弧燈下模擬戶外環(huán)境，對汽車零部件如車漆、內飾件、密封條、橡膠部件等進行耐候性測試 。
（二）國內標準
GB/T 16422.4 - 2014《塑料人工氣候老化試驗方法（開放式碳弧燈）》：規(guī)定塑料材料在開放式碳弧燈下的老化測試條件、參數(shù)及評估方法。碳弧燈光源由上下碳棒間碳弧構成，碳弧光經濾光后輻射到試件表面，隨著濾光器使用時間增加，需定時清洗和更換 。
GB/T 14522《機械工業(yè)產品用塑料、涂料、橡膠材料人工氣候老化試驗方法 熒光紫外燈》：雖主要針對熒光紫外燈，但在碳弧燈老化測試方面，與 ASTM G152 等國際標準存在差異。例如 ASTM G152 采用連續(xù)輻照模式，輻照度固定 550W/m2；而 GB/T 14522 允許周期循環(huán)，包含黑暗階段，濕度控制范圍更寬 。
四、測試流程中的標準遵循
（一）樣品準備
依據(jù)材料類型與測試標準，選擇具有代表性的樣品，如塑料、涂料、橡膠、紡織品等，并確保其尺寸、形狀符合要求。例如在塑料薄膜碳弧燈老化測試中，需按照 GB/T 16422.3 - 2014 標準，準備合適尺寸的薄膜樣品 。
對樣品進行預處理，清洗表面雜質、干燥，消除可能影響測試結果的表面污染。如對汽車涂料樣品，需嚴格清洗，保證表面無油污、灰塵等，以免干擾老化測試效果 。
（二）設備校準
每次測試前，全面檢查碳弧燈、溫濕度控制系統(tǒng)、噴淋系統(tǒng)是否正常運行。例如檢查碳弧燈碳棒損耗情況，確保其能正常發(fā)光且光譜穩(wěn)定；校驗溫濕度傳感器準確性，保證測試環(huán)境溫濕度符合標準要求 。
嚴格按照測試標準，如 ASTM G152、GB/T 16422.4 等，設定輻照強度、溫度、濕度、噴淋周期等參數(shù)，確保設備運行狀態(tài)與標準要求一致 。
（三）測試實施
將樣品穩(wěn)固固定在轉盤支架或樣品架上，保證樣品均勻受光，避免相互遮擋。如在對多個小型塑料樣品進行測試時，需合理排列在樣品架上，使每個樣品都能接收到相同強度的光照 。
啟動試驗箱，按照預設周期，如光照 + 冷凝循環(huán)、光照 + 噴淋循環(huán)等運行。實時監(jiān)控輻照強度、溫度、濕度等關鍵參數(shù)，確保在測試過程中參數(shù)穩(wěn)定在標準允許范圍內 。
（四）結果評價
外觀評價：通過肉眼或顯微鏡觀察樣品是否出現(xiàn)開裂、鼓泡、粉化、變色等現(xiàn)象。例如在建筑外墻涂料碳弧燈老化測試后，觀察涂層表面是否有裂紋產生，若出現(xiàn)裂紋，則表明涂料耐候性可能存在問題 。
色差測試：使用色差儀測量樣品老化前后的 ΔE 值，一般 ΔE＜1.5 視為顏色變化在合格范圍內。如汽車內飾紡織品經碳弧燈老化測試后，通過色差儀檢測其顏色變化，判斷其在光照下的顏色穩(wěn)定性 。
力學性能測試：測試拉伸強度、斷裂伸長率等力學性能指標，計算性能保留率，通常保留率＞80% 判定為合格。在橡膠材料碳弧燈老化測試中，通過對比老化前后拉伸強度，評估橡膠在老化環(huán)境下的力學性能保持情況 。
化學結構分析：利用 FTIR（傅里葉變換紅外光譜）等技術分析材料氧化程度，如檢測羰基含量變化。在塑料材料老化測試中，通過 FTIR 分析老化后塑料分子結構中羰基含量增加情況，判斷其氧化降解程度 。
碳弧燈老化測試的標準與技術要求緊密關聯(lián)，從測試原理、技術參數(shù)設定，到遵循國內外標準開展測試流程與結果評價，每個環(huán)節(jié)都對準確評估材料耐候性至關重要。各行業(yè)在應用該測試方法時，需嚴格按照對應標準與技術要求執(zhí)行，以獲取可靠、可比的測試結果，為材料研發(fā)、產品質量提升提供有力支撐 。